Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố về máy đến năng suất và chi phí năng lượng riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
-------------------------

VŨ VĂN YÊN

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ VỀ MÁY
ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƢỢNG RIÊNG
KHI SỬ DỤNG MÁY ĐẦM RUNG ĐỂ LÀM CHẶT ĐẤT NỀN
CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
----------------------

VŨ VĂN YÊN

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ VỀ MÁY
ĐẾN NĂNG SUẤT VÀ CHI PHÍ NĂNG LƢỢNG RIÊNG
KHI SỬ DỤNG MÁY ĐẦM RUNG ĐỂ LÀM CHẶT ĐẤT NỀN

CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
MS: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ TẤN QUỲNH

HÀ NỘI, 2011


i

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đƣợc bản luận án này, trong suốt thời gian vừa qua tôi
đã nhận đƣợc nhiều sự quan tâm giúp đỡ, chỉ dẫn của nhiều tập thể, cá nhân.
Nhân dịp này cho phép tôi đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:
Thầy giáo hƣớng dẫn khoa học TS Lê Tấn Quỳnh, ThS Phạm Văn Lý
đã dành nhiều thời gian chỉ bảo tận tình và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị.
Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Sau đại học, Trung tâm thí nghiệm thực
hành Khoa Cơ điện và Công trình trƣờng Đại học Lâm nghiệp đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài.
Trƣờng Cao đẳng nghề cơ điện xây dựng Tam Điệp.
Xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi
trong quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc vì những giúp đỡ quý báu đó.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết
quả trong luận văn này đƣợc tính toán chính xác, trung thực và chƣa có tác
giả nào công bố. Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều

đƣợc chỉ dẫn nguồn gốc.

Hà Nội, tháng 6 năm 2011
Tác giả

Vũ Văn Yên


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
MỤC LỤC ......................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... v
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
Chƣơng 1 ........................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................................... 3
1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới ................ 3
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nƣớc ............. 13
Chƣơng 2 ......................................................................................................... 18
MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 18
2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................. 18
2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ........................................................... 18
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................... 18
2.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 21
2.4.1. Thí nghiệm thăm dò....................................................................... 21
2.4.2. Thực nghiệm đơn yếu tố ................................................................ 23
2.4.3. Thực nghiệm đa yếu tố .................................................................. 27

Chƣơng 3 ......................................................................................................... 35
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................... 35
3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy đầm rung .............................. 35
3.2. Năng suất của máy đầm rung khi làm việc .......................................... 37
3.3. Chi phí năng lƣợng của máy đầm rung khi làm việc ........................... 37
Chƣơng 4 ......................................................................................................... 43
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................... 43
4.1. Mục tiêu thực nghiệm và lựa chọn tham số điều khiển ....................... 43
4.2. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................... 43


iii
4.2.1. Xác định thành phần hạt của đất .................................................. 43
4.2.2. Xác định độ ẩm của đất sử dụng làm thí nghiệm.......................... 45
4.2.3. Xác định độ chặt của đất............................................................... 46
4.2.4. Tiến hành thí nghiệm..................................................................... 48
4.3. Kết quả thí nghiệm thăm dò ................................................................. 48
4.4. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố .......................................................... 51
4.4.1. Chi phí năng lượng riêng .............................................................. 52
4.4.2. Năng suất ...................................................................................... 57
4.5. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố ............................................................... 62
4.5.1. Chọn vùng nghiên cứu và các giá trị biến thiên của các thông số
đầu vào .................................................................................................... 62
4.5.2. Thành lập ma trận thí nghiệm ....................................................... 62
4.5.3. Xác định các thông số hợp lý ........................................................ 63
4.5.4. Vận hành máy với các thông số tối ưu .......................................... 67
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................. 69
Kết luận ....................................................................................................... 69
Khuyến nghị ................................................................................................ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 71

PHỤ LỤC


iv

DANH MỤC HÌNH
TT
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
2.1
3.1
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6

Tên hình
Máy đầm bánh hơi PS200B
Máy đầm rung CS-433E
Máy đầm rung BW65H
Máy đầm bánh hơi Sakai TS30H
Máy đầm chân cừu của hãng Liugong

Máy đầm LG160 của hãng Dynapac
Máy đầm của hãng Sakai
Máy đầm hãng Tacom
Mô tả quá trình nghiên cứu thực nghiệm
Sơ đồ cấu tạo của máy đầm cóc
Thành phần hạt của đất theo tam giác Phêrê
Máy đo công suất Fluke 41B và biến tần VF-S9
Đồ thị ảnh hƣởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi phí
năng lƣợng riêng
Đồ thị ảnh hƣởng của tần số đập tới chi phí năng lƣợng
riêng
Đồ thị ảnh hƣởng của chiều dày lớp đất đầm tới chi
năng suất
Đồ thị ảnh hƣởng của tần số đập tới năng suất

Trang
3
4
4
5
6
15
16
16
22
39
49
52
58
60

63
65


v

DANH MỤC BẢNG
TT
2.1
2.2
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20

Tên bảng
Bảng mã hóa với ba thông số đầu vào
Ma trận thí nghiệm theo kế hoạch Hartley trƣờng
hợp có 3 thông số đầu vào
Thành phần hạt của đất làm thí nghiệm
Kết quả xác định độ ẩm
Kết quả xác định khối lƣợng thể tích của mẫu đất
ẩm  w (g/cm3)
Kết quả thí nghiệm xác định độ chặt tiêu chuẩn của
đất
Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm
Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm
Tổng hợp kết quả phân bố thực nghiệm
Các đặc trƣng của phân bố thực nghiệm
Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng
lƣợng riêng khi chiều dày lớp đất đầm
Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi phí năng
lƣợng riêng khi tần số đập thay đổi
Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm chi năng suất
khi chiều dày lớp đất đầm
Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
Tổng hợp các giá trị tính toán của hàm năng suất
khi tần số đập thay đổi
Mã hoá các thông số đầu vào
Kế hoạch thực nghiệm theo ma trận Hartley
Tổng hợp kết quả tính toán hàm chi phí năng lƣợng

theo ma trận Hartley
Tổng hợp giá trị tính toán hàm năng suất theo ma
trận Hartley

Trang
29
30
48
50
51
51
53
53
54
55
56
57
50
60
61
62
64
65
66
66
67
68


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Sau hơn hai mƣơi lăm năm đổi mới, kinh tế nƣớc ta đã có những bƣớc
phát triển to lớn. Tổng sản phẩm trong nƣớc (GDP) năm 2010 theo giá thực tế
gấp 3, 4 lần so với năm 2000; thu ngân sách, kim ngạch xuất khẩu gấp 5 lần
so với năm 2000; GDP bình quân đầu ngƣời năm 2010 đạt 1.168 USD. Đất
nƣớc ta thực hiện thành công bƣớc đầu công cuộc đổi mới, ra khỏi tình trạng
kém phát triển; đời sống nhân dân đƣợc cải thiện rõ rệt. Chúng ta đã thu đƣợc
những thành công lớn trong các chƣơng trình xoá đói giảm nghèo; nhất là các
chƣơng trình 135, 132 của Chính phủ đã giải quyết đƣợc tình trạng nghèo
tuyệt đối ở các địa bàn nông thôn. Theo đó, tỷ lệ hộ nghèo đã giảm ấn tƣợng
trong 15 năm qua: từ 58,1% (năm 1993) xuống còn khoảng 11% (năm 2009).
Khi đời sống kinh tế của đại bộ phận nhân dân không ngừng tăng lên,
cái ăn, cái mặc không còn là mối lo của nhiều ngƣời, nhiều gia đình thì kiến
thiết nhà cửa và xây dựng cơ sở hạ tầng đƣợc quan tâm phát triển. Ở nhiều
nơi trên lãnh thổ Việt Nam, từ thành thị đến nông thôn, các công trình xây
dựng nhà cửa, công trình thuỷ lợi công tình giao thông đƣợc triển khai từ
nhiều nguồn đầu tƣ khác nhau.
Những công trình xây dựng này đã làm cho bộ mặt đất nƣớc thay đổi
không ngừng tạo công ăn việc làm cho hàng triệu lao động, góp phần rất lớn
trong việc ổn định xã hội.
Bất cứ công trình xây dựng nào thì nên móng là phần kết cấu quan
trọng, quyết định lớn đến độ bền công trình. Trong công trình xây dựng nhà
sự mất định, sự biến dạng của nền móng là nguyên nhân gây nứt các kết cấu
bên trên nhƣ tƣờng, trần và nhiều khi còn gây nghiêng, đổ toà nhà. Trong xây
dựng đƣờng, một vài năm gần đây yếu tố về độ bền và độ bằng phẳng của mặt
đƣờng ngày càng cao thì vấn đề ổn định nền đƣờng càng đƣợc quan tâm vì


2

trong quá trình sử dụng đƣờng, sự biến dạng của nền đƣờng là nguyên nhân
gây biến dạng và nứt áo đƣờng, đó là nguyên nhân chính làm cho mặt đƣờng
không còn giữ đƣợc trạng thái bằng phẳng ban đầu.
Để tạo khả năng chịu tải trọng của nền đất ngƣời ta sử dụng các thiết bị
đầm nén khác nhau. Do ngành cơ khí xây dựng ở nƣớc ta chƣa đƣợc quan tâm
và phát triển. hàng năm nƣớc ta phải chi 3-4 tỷ USD để nhập khẩu các loại
máy xây dựng trong đó có các loại máy đầm khác nhau.
Do các loại máy và thiết bị nhập khẩu đƣợc sản xuất ở nƣớc ngoài phù
hợp với điều kiện làm việc ở các nƣớc sở tại, cho nên việc nghiên cứu nhằm
xác định các thông số kỹ thuật hợp lý cho các thiết bị nhập khẩu khi làm việc
ở điều kiện tự nhiên ở Việt Nam nhằm tăng năng suất lao động giảm chi phí
là rất cần thiết. Chính vì vậy, đƣợc sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa sau đại
học trƣờng Đại học Lâm nghiệp, tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp: “Nghiên
cứu ảnh hưởng của một số yếu tố về máy đến năng suất và chi phí năng lượng
riêng khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng”.


3
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm đất trên thế giới
Trong công tác làm đất, đầm nén là một khâu then chốt quyết định chất
lƣợng công trình và nguyên công cuối cùng của dây chuyền công nghệ thi
công đất.
Ở các nƣớc công nghiệp, đã nghiên cứu, chế tạo nhiều loại máy đầm
khác nhau để phục vụ cho các công trình xây dựng, có nhiều hãng nổi tiếng
nhƣ: Caterpillar (Mỹ) sản xuất các loại máy đầm bánh hơi PS150B, PS200B,
PS300B…(hình 1.1) có công suất từ 70 đến 105 HP; máy đầm rung nhƣ
CS323C, CS433E, CS44…(hình 1.2) có công suất 70-153HP; Hãng Komatsu
(Nhật) chế tạo các loại máy đầm rung mang nhãn hiệu JV06H, PV08H, JV161, JV25-3, JV32-W,… các loại máy đầm rung này có lực rung lớn nhất từ 1025kN công suất từ 5-14,5HP;

Hình 1.1. Máy đầm bánh hơi PS200B


4

Hình 1.2. Máy đầm rung CS-323c
Hãng Nippon bomag (Nhật Bản) chế tạo các loại đầm rung nhƣ
BW65H, BW75S, BW75S4-R, BW90T (hình 1.3) có lực rung lớn nhất từ 2063kN, công suất từ 5-69,4HP;

Hình 1.3. Máy đầm rung BW65H
Hãng SAKAI HEAVY IND chế tạo các loại máy đầm bánh thép
VM7706, VM7708, SW800, SH1508,WN140, K7606, KD200, R2,… có áp


5
lực từ 27-58kG/cm2, công suất động cơ từ 58-73HP. Các loại máy đầm bánh
hơi TS30, TS30H, TS360…(hình 1.4), các loại máy đầm rung nhƣ SV6, SV
10, TV40, SV100… có lực rung lớn nhất 12-31KN, công suất từ 50-103HP…

Hình 1.4. Máy đầm bánh hơi Sakai TS30H
Hãng Ligong (Trung Quốc) sản xuất các loại xe lu rung CLG614,
CLG616, CLG618…, xe lu bánh thép CLG621, CLG624, CLG611H…, xe lu
bánh lốp CLG626R, xe lu chân cừu CLG614 (hình 1.5) có công suất 120175HP, lực rung 135-360kN.
Việc lựa chọn loại máy đầm để sử dụng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố
nhƣ loại đất và tính chất cơ học của đất làm nền công trình, điều kiện làm việc
khi thi công mặt bằng nằm dài trên tuyến hay tập trung tại một nơi, hiện
trƣờng rộng rãi hay chật hẹp và tính năng kỹ thuật của thiết bị. Kinh nghiệm
sử dụng máy đầm lèn đất ở các nƣớc công nghiệp tiên tiến cho thấy rằng [18]:
Máy đầm tĩnh là loại máy đƣợc sử dụng rộng rãi nhất vì nó có cấu tạo đơn

giản, năng suất cao, giá thành tính trên 1m3 đất đƣợc đầm thấp hơn so với loại
đầm khác với 80-85% khối lƣợng đầm lèn tại các công trình là do máy đầm


6
tĩnh thực hiện và 20-25% khối lƣợng đầm lèn còn lại là do máy đầm rung,
đầm lực động thực hiện.

Hình 1.5. Máy đầm chân cừu của hãng Liugong
Trong máy đầm tĩnh thì máy lu bánh thép đƣợc dùng phổ biến và có
hiệu quả để đầm lèn mặt đƣờng đá dăm, đƣờng nhựa, cán mặt bằng các công
trình nhà cửa, đầm các loại đất ít dính, đất lẫn đá…
Máy lu trơn còn có nhƣợc điểm khi đầm, phía trƣớc bánh bị chèn bờ
lƣợn sóng do đó tiêu hao nhiều công suất.
Ứng suất tiếp xúc nhỏ 0,1-0,46MPa và giảm theo chiều sâu đầm, nên
độ chặt của lớp đất phía dƣới không đạt đƣợc mức cần thiết.
Chiều sâu đầm nhỏ h≤20cm đối với các máy có trọng lƣợng G=3-4 tấn.
Hiện nay, để tăng hiệu quả đầm lèn, khắc phục nhƣợc điểm trên và tăng
năng suất ngƣời ta lắp thêm một bánh phụ rung động vào giữa máy, phƣơng
pháp này góp phần làm cho máy đầm nhẹ bớt mà vẫn đảm bảo chất lƣợng
đầm [4]


7
Lu bánh hơi đƣợc sử dụng để đầm mọi loại đất có thể là đất khô cứng,
đất có độ ẩm tƣơng đối lớn, đất dính, đất lẫn đá dăm… Lu bánh hơi làm việc
hiệu quả khi chiều dài mặt bằng làm việc lớn hơn 100-150m.
So với các loại máy đầm tĩnh khác, máy đầm bánh hơi có các ƣu điểm
sau:
- Nếu bánh lốp và bánh cứng phẳng có cùng đƣờng kính và chịu tải nhƣ

nhau thì diện tích tiếp xúc của bánh lốp nhỏ hơn và ứng suất phân bố đều hơn
lên mặt đất, ứng suất lớn nhất có thể đạt 0,197-1,05 MPa.
- Đầm bánh lốp có thể thay ứng suất tiếp xúc lớn nhất bằng cách thay
đổi tải trọng và áp suất không khí trong lốp nên có thể đầm các loại đất khác
nhau.
- Chiều sâu đầm phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc, khi có cùng trọng
lƣợng nếu diện tích tiếp xúc càng lớn thì chiều sâu đầm càng nhỏ. Do đó,
chiều sâu đầm của lu bánh hơi lớn hơn nhiều chiều sâu đầm của lu bánh cứng
có thể đạt tới 35-45cm.
- Vận tốc làm việc lớn, năng suất cao.
Lu chân cừu: Đặc điểm của loại lu này là phải có nguồn động lực để
kéo thiết bị đầm có các vấu đầm hình chân cừu. Lu chân cừu thƣờng áp dụng
ở những nơi mặt bằng thi công rộng, thƣờng dùng ở các công trình thuỷ lợi
nhƣ đầm lèn ở đoạn kè, đê, đập đảm bảo độ chặt và độ ổn định của nền đắp
tƣơng đối cao. Lu chân cừu có những ƣu điểm chính nhƣ:
- Chiều sâu ảnh hƣởng đầm lớn do các vấu đầm tạo đƣợc ứng suất tập
trung;
- Cấu tạo đơn giản, rẻ tiền và năng suất đầm tƣơng đối cao;
- Nền đắp gồm nhiều lớp đầm riêng biệt chồng lên nhau, vẫn đảm bảo
đƣợc tính thống nhất.
Tuy nhiên lu chân cừu còn bộc lộ một số nhƣợc điểm chính:


8
- Vận chuyển khó khăn;
- Thích ứng với đất dính, dẻo. Độ ẩm đầm nén đƣợc qui định chặt chẽ;
- Trong cùng một lớp đất đƣợc đầm thì phía dƣới chắc, phía trên mặt
lỏng.
Ở một số nƣớc còn sử dụng máy đầm xung kích để đầm lèn nền công
trình xây dựng. Đây là loại máy đầm dùng tải trọng xung kích để làm chặt đất.

Máy đầm xung kích có hai kiểu chính là máy đầm xung kích kiểu búa và máy
đầm xung kích kiểu quả lăn.
Máy đầm rơi đƣợc dùng để đầm đất dính và không dính, đất khô quá
hay ƣớt quá theo từng lớp và độ sâu tới 1,3m. Tuy nhiên máy đầm này có
nhƣợc điểm cấu tạo phức tạp, giá thành một đơn vị cao, khoảng gấp 2 lần giá
thành đầm 1m3 đất bằng các loại máy đầm tĩnh. Do đó nó đƣợc dùng ở những
công trình có yêu cầu chất lƣợng cao nhƣ nhà máy thuỷ điện, khu công nghiệp
hoặc các công trình quân sự và những nơi có địa điểm thi công chật hẹp.
Máy đầm rung dùng để đầm đất hạt rời có kích thƣớc khác nhau, lực
liên kết không lớn lắm nhƣng phải có độ ẩm cao nhƣ đất cát, đá lẫn cát, sỏi,
đá vụn.
Theo đặc tính làm việc của bộ phận công tác máy đầm rung có các kiểu
nhƣ đầm bàn rung, lu rung, đầm cóc.
Đầm bàn rung là một trong những loại đầm đƣợc dùng nhiều nhất, loại
này cũng có 2 kiểu loại đầm bàn dùng tay kéo và loại tự hành. Loại dung tay
kéo có kích thƣớc và khối lƣợng nhỏ, diện tích tiếp xúc giữa bàn đầm với đất
không quá 0,5m2, độ sâu đầm chỉ đạt 20cm.
Máy đầm bàn rung tự hành có khối lƣợng tối đa 10 tấn, diện tích tiếp
xúc với mặt đất tới 4m2, loại này có ƣu điểm lực đầm lớn, chiều sâu ảnh
hƣởng tới 1m, có khả năng tự hành, có thể điều chỉnh để phù hợp với độ ẩm,


9
đầm đƣợc nhiều loại đất. Nhƣng có nhƣợc điểm là khối lƣợng lớn, đòi hỏi
công suất của động cơ lớn và chỉ hiệu quả khi diện tích bề mặt nền đất lớn.
Máy lu rung (còn gọi là đầm chấn động quả lăn), loại này có ƣu điểm là
hiệu quả đầm cao, do trọng lƣợng bánh lăn nhỏ dẫn đến tiêu hao công suất ít.
Mặc dù đã có rất nhiều loại máy đầm nén khác nhau đƣợc sử dụng
trong các công trình xây dựng ở các nƣớc công nghiệp phát triển nhƣng
nghiên cứu để hoàn thiện máy đầm, kỹ thuật đầm nén, công nghệ đầm luôn

luôn đƣợc quan tâm nghiên cứu.
Trong 10-15 năm gần đây xu hƣớng nghiên cứu chế tạo ra các loại máy
đầm nén có năng suất cao và có khả năng làm việc hiệu quả ở các điều kiện
thi công khác nhau. Năng suất của máy đầm nén đƣợc nâng cao nhờ tăng vận
tốc và tăng khối lƣợng bộ phận công tác. Theo hƣớng này, chi nhánh của Viện
nghiên cứu giao thông St. Peterburg (Nga) đã chế tạo máy đầm bánh hơi có
khối lƣợng 36,6 tấn cho phép đầm nén các loại nền đất dính với chiều dày lớp
đất 40-45cm, năng suất 1200-1500m3/ca; Loại máy đầm chân cừu khối lƣợng
28 tấn, cho phép đầm các loại đất khác nhau với chiều sâu 50cm và năng suất
1200-1400m3/ca.
Nâng cao hiệu quả đầm nén của các máy đầm bánh hơi bằng cách lắp
các bánh lu đặc biệt có áp suất cao đến 0,8Mpa, điều này cho phép tăng chiều
dày đất đầm lên 1,3-1,5 lần so với bình thƣờng, tăng năng suất ca tới 20-30%.
Trong công trình [13] các tác giả Jens Borg và Anders Engström khi
nghiên cứu động lực học của máy đầm cóc LT70 của hãng Svedala Thuỵ
Điển đã xây dựng đƣợc mô hình động lực học của máy đầm cóc và thiết lập
đƣợc phƣơng trình chuyển động hệ ba bậc tự do. Nhờ phần mềm Matlab đã
giải đƣợc phƣơng trình chuyển động đã xây dựng, xác định đƣợc giá trị của
các phần tử trong phƣơng trình nhƣ độ cứng của các phần tử đàn hồi, vận tốc,
gia tốc làm cơ sở xác định đƣợc các thông số hợp lý của máy đầm rung làm


10
việc hiệu quả nhất với tần số đập nằm trong giới hạn từ 10-15Hz cho biên độ
dao động lớn nhất A=73mm.
Trong công trình [17] tác giả Balasov. V.P và Petrovich. P.P (Nga) đã
xác định chế độ làm việc hiệu quả của máy đầm rung khi đầm lèn nền công
trình với hỗn hợp xi măng và các loại đất nền khác nhau. Kết quả nghiên cứu
cho thấy rằng thông số kỹ thuật của máy đầm rung khi đầm lèn nền đất cát với
chiều dày lớp đất xấp xỉ 0,3m với chế độ làm việc tự hành, thời gian đầm 7s

độ chặt đạt đƣợc bằng 0,95.γct (γct - Độ chặt tiêu chuẩn)
Nếu giảm vận tốc di chuyển của máy 2,5-1,5 (m/phút) thì độ chặt tăng
lên 0,98-0,99.γct. Nếu giảm độ lớn của lực kích động xuống 1,5 lần thì giảm
độ chặt của nền khoảng 1%.
Khi đầm lèn đất nền là đất cát thành phần hạt là cát hoặc hỗn hợp cát và
xi măng với hàm lƣợng nhỏ hơn 15% và chiều dày 0,25m; đất pha sét với
chiều dày nhỏ hơn 0,12m có thể thực hiện bằng một lƣợng đầm. Độ chặt đất
nền đạt đƣợc không thấp hơn 0,98.γct có thể thực hiện đƣợc ở điều kiện áp
suất tĩnh không nhỏ hơn 1,0.104Pa, thời gian đầm 25-40s. Tỷ lệ giữa lực kích
động và trọng lƣợng máy đầm rung nằm trong khoảng 4-6. Tần số đập hợp lý
40-60Hz.
Trong công trình [20] các tác giả I.N.Glukhovxev và V.G.Xvetkov đã
nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các loại lực đầm nén đến tính chất của vật liệu.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dƣới tác dụng của rung động với tần số
f=23Hz, biên độ A=2,5mm và gia tốc a=5,3.g (g- Gia tốc trọng trƣờng) cho
phép làm chặt nền đất xi măng ở độ ẩm tối ƣu đến độ chặt 1,75g/cm3
(0,98.δmax) sau 90s; việc tăng thời gian rung không ảnh hƣởng đến độ chặt.
Khi làm chặt nền xi măng với tải trọng P=5Mpa với số lƣợt đầm 6, 8,
18, 24. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tăng số lƣợt đầm làm tăng độ chặt
của nền, sau 24 lƣợt độ chặt đạt 0,99.δmax.


11
Trong công trình [18] tác giả U.M.Vaxiliev cho rằng yêu cầu về độ chặt
của nền đƣờng trong những năm gần đây có xu hƣớng ngày càng nâng cao vì
đòi hỏi chất lƣợng đƣờng ngày càng cao. Nền đƣờng đƣợc đầm nén đến hệ số
Ky=1,05-1,10 và modun tính toán của đất nền nâng lên 1,5-2 lần so với tiêu
chuẩn hiện tại. Tƣơng ứng với yêu cầu này thì chiều dày áo đƣờng có thể
giảm đi 30-40% mà chi phí để làm áo đƣờng chiếm khoảng 50-70% giá thành
của con đƣờng, còn chi phí cho việc đầm nén nền đƣờng chỉ chiếm 1,5-2,5%

giá thành đƣờng. Từ đó, cho thấy rằng đầm nén với Ky cao tức là tăng độ chặt
của nền đƣờng về mặt kinh tế là có lợi.
Để thực hiện đƣợc yêu cầu đề ra cần phải sử dụng các loại máy đầm
hạng nặng có khối lƣợng đến 100 tấn và phải tạo ra ứng suất trên mặt tiếp xúc
giữa bộ phận công tác và nền lớn hơn 2-8Mpa.
Trong công trình [32] các tác giả I.J.Huxainov và I.E.Evgenhev đã
nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các phƣơng pháp đầm nén đến độ bền của nền
đất dính. Để xác định đƣợc sự ảnh hƣởng của phƣơng pháp đầm nén đến độ
chặt của nền đất ở trong phòng thí nghiệm các tác giả làm các mẫu thí nghiệm
từ đất có thành phần á sét với các thông số giới hạn chảy Wm=25,32%, giới
hạn dẻo Wp=13,23%. Độ ẩm tối ƣu Wop=12,88%, khối lƣợng thể tích lớn nhất
γ=1,94g/cm3. Mẫu thí nghiệm đƣợc đầm chặt bằng 2 phƣơng pháp đầm tĩnh
và đầm bằng lực động bằng quả nặng 2,5kg ở chiều cao 30cm.
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng dƣới tác dụng của lực động, ứng suất
ở trong nền đất cao hơn khi đầm bằng lực tĩnh, dẫn đến liên kết giữa các hạt
đất bền vững hơn.
Ngoài những nghiên cứu về sử dụng máy đầm để làm chặt đất nền công
trình còn có những nghiên cứu trong sử dụng máy đầm làm chặt áo đƣờng.
Trong công trình [31] giáo sƣ I.R.Kharkhuta cho rằng sự đầm lèn một
loại vật liệu bất kì bào đó chỉ hiệu quả khi trạng thái ứng suất đƣợc sinh ra


12
dƣới tác dụng của bộ phận công tác của máy đầm gắn với ứng suất giới hạn
bền của vật liệu. Trong quá trình đầm lèn bê tông asphan, khi dung trọng (độ
chặt) tăng lên và đạt (0,85÷0,96)γmax, đồng thời modul biến dạng của vật liệu
sẽ tăng 5 lần, còn giới hạn bền sẽ tăng lên 3 lần. Khi giảm nhiệt độ từ 1100C
xuống 600C, modun biến dạng tăng lên 8,5 lần và giới hạn bền tăng 2,5 lần.
Khuyến cáo sử dụng máy đầm rung để đầm lèn áo đƣờng bê tông atphan nhƣ
sau: Giai đoạn đầu cho máy chạy với chế độ tắt rung, giai đoạn trung gian cho

máy chạy ở chế độ rung, giai đoạn cuối hoàn thiện phải dùng máy lu trơn.
Những khuyến cáo này có ý nghĩa thực tiễn rất lớn trong thi công công trình
giao thông ở Nga.
Trong công trình [22] các tác giả M.P.Koctelov và L.M.Poxatski cho
rằng đầm lèn áo đƣờng bê tông át phan nóng là khâu công việc phức tạp nhất
trong công tác thi công đƣờng. Sự phức tạp của khâu công việc này thể hiện ở
chỗ chất lƣợng đầm lèn bê tông át phan nóng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ:
kinh nghiệm và trình độ của công nhân, loại bê tông át phan, thiết bị sử dụng,
tình trạng kỹ thuật của nền đƣờng… ngoài ra yêu cầu kỹ thuật đối với áo
đƣờng vừa phải đảm bảo độ bền, độ chặt cao mà còn phải đạt độ nhẵn, phẳng
của mặt đƣờng.
Chất lƣợng của quá trình đầm lèn áo đƣờng bê tông át phan chỉ đạt
đƣợc yêu cầu khi tuân thủ khoảng nhiệt độ áo đƣờng thích hợp cho từng loại
đầm: Máy đầm loại nhẹ bắt đầu làm việc hiệu quả ở 125-1100C, máy đầm
loại trung làm việc hiệu quả ở nhiệt độ 85-1050C, máy đầm loại nặng làm việc
ở nhiệt độ 70-850C.
Sau khi khảo sát cho thấy, các loại máy đầm đƣợc chế tạo ở các nhà
máy thuộc Bộ giao thông Nga chủ yếu là máy đầm 3 trục lăn, trong khi đó ở
nƣớc ngoài chủ yếu sản xuất loại máy đầm 2 trục lăn. Máy đầm 2 trục lăn có
nhƣợc điểm là vết lăn của trục lăn trƣớc và trục lăn sau không trùng nhau làm


13
cho số lần đầm lèn cần thiết phải tăng lên gấp 2 lần. Ngoài ra, do đƣờng kính
trục lăn trƣớc nhỏ, chiều rộng bánh lăn sau nhiều khi không đáp ứng đƣợc yêu
cầu của đầm nén áo đƣờng (độ chặt, bằng phẳng…)
Tác giả khuyến cáo rằng đƣờng kính của trục lăn là một thông số kỹ
thuật quan trọng của máy đầm và cần phải quan tâm trong quá trình tính toán
cụ thể khi thiết kế máy đầm.
Trong các công trình [23] [24] nghiên cứu sự ảnh hƣởng của bộ phận

công tác của các máy đầm tĩnh đến chất lƣợng đầm lèn áo đƣờng cho thấy,
nếu chọn các kích thƣớc của trục lăn hợp lý thì khi đầm lèn áo đƣờng bê tông
át phan cho phép giảm chiều cao lƣợn sóng của mặt đƣờng phía trƣớc trục lăn
và tạo ra đƣợc độ phẳng mặt đƣờng cao nhất.
1.2. Tình hình sử dụng và nghiên cứu máy đầm lèn ở trong nƣớc
Hiện nay, theo tổng công ty cơ khí xây dựng, ở nƣớc ta có tới 150.000
nhà thầu xây dựng, trong đó có khoảng 2.000 nhà thầu lớn và vừa đang hoạt
động với hàng nghìn công trình lớn trên mọi miền đất nƣớc đƣợc thi công do
đó nhu cầu về máy xây dựng là rất lớn. Tuy nhiên, do ngành cơ khí xây dựng
là nhóm ngành sản xuất ra các loại máy móc hạng nặng, có cấu tạo phức tạp,
kích thƣớc lớn, khối lƣợng thép lớn, chi phí vận chuyển và giá thành máy cao,
bên cạnh đó chƣa đƣợc quan tâm của nhiều bộ ngành cho nên đến nay hầu hết
các loại máy xây dựng chúng ta phải nhập khẩu từ nƣớc ngoài. Có thể dễ
dàng nhận thấy ở một số tỉnh, thành phố có hoạt động công nghiệp phát triển
nhƣ Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đồng Nai, Bình Dƣơng…
hàng trăm các bãi bán máy xây dựng sôi động nhiều năm nay.
Đối với các loại máy đầm nén đất, do đặc điểm tự nhiên và đất đá ở
từng vùng khác nhau, qui mô xây dựng ở các công trình khác nhau cho nên có
nhiều loại máy đầm đƣợc sử dụng, nhƣng phổ biến nhất là các loại máy đầm
rung do tính ƣu việt và hiệu quả nổi bật của chúng [8].


14
Một số loại đầm rung sử dụng rộng rãi đƣợc nhập từ Caterpillar,
Komatsu (Nhật). Loại đầm trống chân cừu có các mác máy CS-323C,
CS431C, CS-433C, JV06H, JV08H, JV16-1, JV25-3,… Ƣu việt của các loại
máy này là có tính đa năng, vừa có thể thực hiện công việc san lấp, vừa đầm
lèn, tốc độ hoạt động cao, có trang bị truyền động biến mô, tất cả các bánh
đều là chủ động, khung có khớp quay, khoảng cách tâm bánh trƣớc và bánh
sau lớn hơn nên có độ ổn định cao.

Loại đầm rung trống đơn: có các mã hiệu CS-323C, CS431C, CS433C, CS-573D,…Loại này có ƣu điểm nổi bật là có van phân chia lƣu lƣợng
hoặc có hệ thống bơm kép để tạo lực kéo chủ động cho cả trống trƣớc và
trống sau nên có thể làm việc đƣợc trong những điều kiện đất nền khác nhau,
cơ cấu hành tinh tạo lực kéo bám cao và hạn chế trƣợt của các bánh sau; Có
thanh làm sạch kiểu hàm có thể điều chỉnh đƣợc để làm sạch vấu đầm cả khi
tiến và lùi.
Loại đầm rung 2 trống có các mã hiệu JV06H, JV08H, JV16-1, JV253,…Chúng có ƣu điểm nổi bật là tự động ngừng rung trƣớc khi dừng máy để
có đƣợc mặt đầm phẳng; độ hở bên nhỏ cho phép các máy đầm hoạt động sát
lề đƣờng, tƣờng đứng hoặc các chƣớng ngại vật khác, đồng thời chúng còn có
kết cấu bảo vệ khi bị lật.
Loại đầm bánh hơi:
- Các bánh đều dao động đƣợc nên cho phép các bánh trƣớc và sau
nhận đƣợc tải trọng đều nhau, bất kể độ phẳng của đất nền nhƣ thế nào.
- Mô tơ dẫn động và phanh đặt trên khung chính cách xa bùn đất nên an
toàn;
- Khoang tải trọng thuận tiện cho việc chất tải và đƣợc bố trí đảm bảo tỉ
lệ bánh hơi/trọng lƣợng cân bằng.
- Các thiết bị tuỳ chọn, vừa di chuyển vừa bơm;


15

Hình 1.6. Máy đầm LG500 của hãng Dynapac
- Ở các công trình xây dựng nhỏ, mặt bằng thi công không lớn nhƣ
công trình xây dựng nhà công nghiệp, nhà dân dụng, đầu cầu, cống… thƣờng
sử dụng các loại đầm rung mini nhƣ LG160, LG300 của hãng Dynapac (hình
1.6) các loại máy đầm bàn này có kích thƣớc nhỏ, có lƣợng khí thải và tiếng
ồn thấp, có độ rung ở tay cầm nhỏ, đảm bảo cho ngƣời điều khiển thoải mái.
Máy làm việc thuận tiện ở những nơi mặt bằng chật hẹp với các loại đất nền
khác nhau.

Các loại máy đầm cóc, đầm rung của các hãng Sakai, Tacom… (hình
1.7, 1.8) đƣợc sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng nhà dân dụng,
nhà công nghiệp và chúng có ƣu điểm là đơn giản, dễ sử dụng có thể đầm nén
các loại đất khác nhau và có tính cơ động cao.


16

Hình 1.7. Máy đầm của hãng Sakai

Hình 1.8. Máy đầm hãng Tacom
Hiện nay, do chƣa đƣợc quan tâm đầy đủ cho nên việc nghiên cứu về
máy xây dựng và máy đầm nén đất ở nƣớc ta rất ít và chƣa có hệ thống. Một
số công trình nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực rung động và cơ sở nguyên lý
làm việc của các thiết bị đầm rung đƣợc công bố nhƣ:
Nguyễn Trọng Luân: nghiên cứu ứng dụng rung động để làm chặt đất
nền đƣờng năm 1995.


17
Trần Văn Tuấn: khảo sát động lực học máy đầm xung kích tự di chuyển
năm 2002.
Tài liệu về cơ sở lý thuyết kỹ thuật rung trong xây dựng các tác giả
Nguyễn Đình Chiểu, Nguyễn Trọng, Nguyễn Anh Tuấn đã trình bày một số
vấn đề cơ bản của lý thuyết dao động cơ học liên quan trực tiếp đến áp dụng
kỹ thuật rung nói chung và một vài bài toán cơ bản cũng nhƣ các kết quả
nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nƣớc vào những năm gần đây, trong
đó đặc biệt chú ý đến các mô hình bài toán ứng dụng kỹ thuật rung trong xây
dựng.
Kết luận: Các loại máy xây dựng nói chung và máy đầm nén đất nói riêng

đã đƣợc sử dụng rộng rãi ở các nƣớc công nghiệp và cũng nhƣ ở nƣớc ta. Tuỳ
theo điều kiện sử dụng nhƣ loại đất đá qui mô công trình xây dựng mà mỗi nơi có
các loại máy phù hợp đƣợc chọn để đầm nén nền công trình. Ở các nƣớc phát triển
các loại máy công suất lớn đƣợc sử dụng rộng rãi còn ở nƣớc ta các máy đầm rung
và các loại máy mini đƣợc chọn và sử dụng rộng rãi.
Nghiên cứu về công nghệ đầm nén và máy đầm đƣợc tiến hành bài bản
và thành hệ thống ở các nƣớc công nghiệp phát triển, tập trung vào các lĩnh
vực chủ yếu sau: hoàn chỉnh công nghệ, kỹ thuật đầm nén; Hoàn thiện các
thông số kỹ thuật của máy để tăng năng suất lao động, tăng chất lƣợng đầm
nén.
Ở nƣớc ta, nghiên cứu về công nghệ đầm nền đất cũng nhƣ máy đầm
nén đất còn rất khiêm tốn vì vậy việc nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sự ảnh
hưởng của một số yếu tố về máy đến năng suất và chi phí năng lượng riêng
khi sử dụng máy đầm rung để làm chặt đất nền công trình xây dựng” là thực
sự cần thiết.


18
Chƣơng 2
MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định đƣợc các giá trị hợp lý của một số thông số ảnh hƣởng đến
chi phí năng lƣợng riêng và năng suất khi sử dụng đầm rung để làm chặt đất
nền công trình xây dựng.
2.2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
- Hiện đang có rất nhiều loại máy phục vụ cho công tác đầm nén nhƣ xe
lu, máy đầm bàn, đầm cóc… nhƣng phổ biến ở các công trình nhỏ là loại đầm
cóc. Nó có kích thƣớc nhỏ gọn, có tính linh động cao, dễ sử dụng…phù hợp
với điều kiện sử dụng ở nƣớc ta. Đề tài đã lựa chọn loại máy đầm cóc TV60N

(Tacom) để nghiên cứu. Máy có công suất 3HP, khối lƣợng 69kg, biên độ
nhảy 40-65mm, vận tốc quay 575-700 vòng/phút.
- Loại đất xây dựng đƣợc chọn để nghiên cứu là loại đất vùng đồi thuộc
Lâm trƣờng Lƣơng Sơn - Hoà Bình, là loại đất thƣờng đƣợc sử dụng cho việc
đắp nền đƣờng lâm nghiệp hoặc các công trình xây dựng nhà dân dụng.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Theo [5], nghiên cứu khoa học đƣợc chia ra:
Nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng; nghiên cứu lý thuyết và
nghiên cứu thực nghiệm.
Nghiên cứu lý thuyết có mục đích thiết lập một hệ thống quan điểm nào
đó thông qua việc đƣa ra những qui luật mới; nghiên cứu lý thuyết thích hợp
nhất khi nghiên cứu các đối tƣợng và hệ thống mà trong đó có thể phân chia
rõ các hiện tƣợng và các quá trình có cùng bản chất vật lý.
Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là tiếp nhận những sự kiện mới,
kiến thức khoa học và số liệu khoa học thông qua tổ chức thực nghiệm bằng